KONDUKTR, ISOLATOR & SEMIKONDUKTOR

1. Konduktor
Konduktor merupakan material yang mudah menghantarkan arus listrik.
Contoh: tembaga.



2. Insolator
Insulator merupakan material yang susah menghantarkan arus listrik.
Contoh: kaca.



3. Semikonduktor
Semikonduktor adalah material yang memilki sifat antara konduktor dan insulator.
Contoh: silikon.

POTENSIAL LISTRIK

Potensial Listrik Oleh Muatan Titik
Bila kuat medan merupakan besaran vektor, maka potensial listrik merupakan besaran skalar. Muatan positif akan menghasilkan potensial positif di sekitarnya, sedangkan muatan negatif akan menghasilkan potensial negatif.


Sedangkan potensial listrik pada satu titik karena pengaruh beberapa muatan listrik merupakan jumlah aljabar dari masing2 muatan.


Energi Potensial Listrik
Sebuah muatan uji q’ diletakkan di dekat muatan sumber q, maka energi potensial yang dimiliki oleh muatan uji q’ adalah


Usaha Untuk Memindahkan Muatan Listrik
Usaha yang diperlukan untuk memindahkan sebuah muatan uji q’ dari a ke b yang dipengaruhi oleh muatan sumber q adalah


Contoh 1 :
Potensial di suatu titik terhadap suatu partikel bermuatan 600 Volt dan kuat medannya 200 N/C. Berapa jarak titik itu berada dari muatan tersebut.

Contoh 2 :
Tentukan usaha yang diperlukan untuk memindahkan muatan positif yang besarnya 10 Coulomb dari satu titik yang potensialnya 10 Volt ke suatu titik lain dengan potensial 60 Volt.

Contoh 3 :
Di dalam sebuah tabung ruang hampa terdapat kutub katoda dan kutub anoda, elektron bergerak dari katoda ke anoda. Beda potensial antara katoda dan anoda adalah 300 Volt, dan elektron bergerak tanpa kecepatan. Tentukan kecepatan elektron pada saat sampai di anoda. (massa elektron = 9,1 x 10-31 kg, muatan elektron = 1,6 x 10-19 C)

Contoh 4 :
P dan Q adalah dua titik yang terletak dalam medan listrik dan jaraknya 0,1 m. Jika dibutuhkan usaha 500 Joule untuk memindahkan muatan 2 C dari P ke Q, berapakah beda potensial antara kedua titik itu?

MEDAN LISTRIK

Medan listrik adalah efek yang ditimbulkan oleh keberadaan muatan listrik, seperti elektron, ion, atau proton, dalam ruangan yang di sekitarnya. Medan listrik memiliki satuan N/C atau dibaca newton/coulomb. Medan listrik umumnya dipelajari dalam fisika dan bidang-bidang terkait. Secara tak langsung bidang elektronika telah memanfaatkan medan listrik dalam kawat konduktor (kabel).

Asal Medan Listrik
Rumus matematika untuk medan listrik dapat diturunkan melalui Hukum Coulomb, yaitu gaya antara dua titik muatan:


Menurut persamaan ini, gaya pada salah satu titik muatan berbanding lurus dengan besar muatannya. Medan listrik didefinisikan sebagai suatu konstan perbandingan antara muatan dan gaya.

F = q E


Maka, medan listrik bergantung pada posisi. Suatu medan, merupakan sebuah vektor yang bergantung pada vektor lainnya. Medan listrik dapat dianggap sebagai gradien dari potensial listrik. Jika beberapa muatan yang disebarkan menghasiklan potensial listrik, gradien potensial listrik dapat ditentukan.

Konstanta k
Dalam rumus listrik sering ditemui konstanta k sebagai ganti dari (dalam tulisan ini tetap digunakan yang terakhir), di mana konstanta k tersebut bernilai

yang kerap disebut konstanta kesetaraan gaya listrik.

Menghitung Medan Listrik




Tanda Muatan Listrik

Muatan listrik dapat bernilai negatif, nol (tidak terdapat muatan atau jumlah satuan muatan positif dan negatif sama) dan negatif. Nilai muatan ini akan mempengaruhi perhitungan medan listrik dalam hal tandanya, yaitu positif atau negatif (atau nol). Apabila pada setiap titik di sekitar sebuah (atau beberapa) muatan dihitung medan listriknya dan digambarkan vektor-vektornya, akan terlihat garis-garis yang saling berhubungan, yang disebut sebagai garis-garis medan listrik. Tanda muatan menentukan apakah garis-garis medan listrik yang disebabkannya berasal darinya atau menuju darinya. Telah ditentukan (berdasarkan gaya yang dialami oleh muatan uji positif), bahwa
* muatan positif (+) akan menyebabkan garis-garis medan listrik berarah dari adanya
menuju keluar,
* muatan negatif (-) akan menyebabkan garis-garis medan listrik berarah menuju masuk
padanya.
* muatan nol ( ) tidak menyebabkan adanya garis-garis medan listrik.

PRINSIP SUPERPOSISI

Dalam keadaan Rill , titik-titik muatan selalu terdapat dalam jumlah yang besar. Maka timbullah pertanyaan : apakah interaksi antara dua titik muatan yang diatur oleh Hukum Coulomb dapat dipengaruhi oleh titik lain disekitarnya? Jawabannya adalah tidak, karena pada interaksi elektrostatik hanya meninjau interaksi antar dua buah muatan, jika lebih dari dua buah muatan maka diberlakukan prinsip superposisi (penjumlahan dari semua gaya interaksinya).

Secara matematik, prinsip superposisi tersebut dapat dinyatakan dengan mudah sekali dalam notasi vektor. Jadi misalnya F12 menyatakan gaya antara q1 dan q2 tanpa adanya muatan lain disekitarnya, maka menurut Hukum Coulomb,


Begitu pula interaksi antara q1 dan q3 tanpa adanya muatan q2, dinyatakan oleh :


Maka menurut prinsip superposisi dalam sistem q1, q2 dan q3, gaya total yang dialami q1 tak lain adalah jumlah vector gaya-gaya semula :


Contoh:
Tiga buah muatanmasing-masing q1 = 4 C pada posisi (2,3), q2 = -2 C pada posisi(5,-1) dan q3 = 2 C pada posisi (1,2) dalam bidang x-y. Hitung resultan gaya pada q2 jika posisi dinyatakan dalam meter.
Penyelesaian :

hukum coulomb

Hukum Coulomb, kadang-kadang disebut hukum Coulomb, adalah satu persamaan yang menggambarkan kekuatan elektrostatik antara muatan elektrik yang terpisahkan jarak tertentu, degan nilai muatan dan jarak pisah keduanya. Dikembangkan pada 1780-an oleh ahli ilmu fisika Perancis Charles Augustin de Coulomb yang merupakan orang penting pada pengembangan teori keelektromagnetan. Hukum Coulomb dapat dinyatakan sebagai berikut:

Dimana r adalah jarak antara kedua titik dan adalah konstanta Coulomb, gaya tarik menarik akan terjadi jika kedua muatan (q₁ dan q₂) berbeda jenis dan akan tolak-menolak jika kedua muatan sama.

Kontanta Coulomb dapat dijabarkan sebagai berikut:

=

=

=

=

Dalam satuan SI, kelajuan cahaya di dalam ruang hampa, c₀ didefinisikan sebagai 299,792,458 m · s^-1, dan konstanta magnetik (µ₀), didefinisikan sebagai 4π × 10^-7 H · m^-1, mengacu definisi untukketetapan elektrik (ε ₀) dengan ε₀ = ≈ 8.854 187 817 × 10⁻¹² F · m⁻¹. Pada aturan cgs, konstanta Coulomb ditetapkan adalah 1.

cahaya

1. Cahaya

Cahaya digolongkan sebagai suatu bentuk radiasi. Radiasi adalah sesuatu yang memancar keluar dari suatu sumber tetapi bukan merupakan zat. Cahaya dapat dilihat mata manusia. Cahaya termasuk gelombang elektromagnetik, yaitu gelombang yang getarannya adalah medan listrik dan medan magnetic. Getaran ini tegak lurus terhadap arah perambatan cahaya, sehingga cahaya termasuk gelombang transversal. Cahaya matahari dapat merambat melalui ruang hampa. Kelajuan gelombang ini adalah 300 juta m/s.

2. Pemantulan Cahaya

Pada permukaan benda yang rata seperti cermin datar, cahaya dipantulkan membentuk suatu pola yang teratur. Sinar-sinar sejajar yang datang pada permukaan cermin dipantulkan sebagai sinar-sinar sejajar pula. Akibatnya cermin dapat membentuk bayangan benda. Pemantulan semacam ini disebut pemantulan teratur atau pemantulan biasa.
Berbeda dengan benda yang memiliki permukaan rata, pada saat cahaya mengenai suatu permukaan yang tidak rata, maka sinar-sinar sejajar yang datang pada permukaan tersebut dipantulkan tidak sebagai sinar-sinar sejajar. Pemantulan seperti ini disebut pemantulan baur .

Hukum pemantulan cahaya dikemukakan oleh W. Snellius, menurutnya apabila seberkas cahaya mengenai permukaan bidang datar yang rata, maka akan berlaku aturan-aturan sebagai berikut :

1. Sinar datang (sinar jatuh), garis normal, dan sinar pantul terletak pada satu bidang datar.

2. Sudut sinar datang (sinar jatuh) selalu sama dengan sudut sinar pantul (sudut i = sudut r )

3. Pemantulan Cahaya pada Cermin Datar

Sifat bayangan pada cermin datar :

1. Bayangan yang terjadi sama besar dengan benda.

2. Bayangan yang terjadi sama tegak.

3. Jarak benda sama dengan jarak bayangan

4. Bayangan cermin tertukar sisinya, artinya bagian kanan benda menjadi bagian kirinya.

5. Bayangan cermin merupakan bayangan semu, artinya bayangan tidak dapat ditangkap oleh layar.

4. Pemantulan Cahaya pada Cermin Cembung

Hukum pemantulan juga berlaku pada cermin cembung.

Tiga sinar istimewa pada cermin cembung adalah:

Sinar datang sejajar sumbu utama dipantulkan melalui titik fokus

Sinar datang melalui titik fokus dipantulkan sejajar dengan sumbu utama

Sinar datang menuju titik pusat kelengkungan cermin dipantulkan kembali melalui titik pusat kelengkungan juga

5. Pemantulan Cahaya pada Cermin Cekung

Hukum pemantulan juga berlaku pada cermin cekung.

Tiga sinar istimewa pada cermin cekung adalah:

Sinar datang sejajar sumbu utama dipantulkan melalui titik fokus

Sinar datang melalui titik fokus dipantulkan sejajar dengan sumbu utama

Sinar datang menuju titik pusat kelengkungan cermin dipantulkan kembali melalui titik pusat kelengkungan juga

6. Hubungan Jarak Fokus, Jarak Benda, dan Jarak Bayangan

Atau

Keterangan:

f : jarak fokus cermin

s : jarak benda ke cermin

s’ : jarak bayangan ke cermin

R : pusat kelengkungan cermin

7. Perbesaran Bayangan pada Cermin

Keterangan:

M : perbesaran bayangan

h’ : tinggi bayangan benda

h : tinggi benda

s’ : jarak bayangan benda ke cermin

s : jarak benda ke cermin

8. Pembiasan Cahaya

Pembiasan cahaya adalah pembelokan cahaya ketika berkas cahaya melewati bidang batas dua medium yang berbeda indeks biasnya. Indeks bias mutlak suatu bahan adalah perbandingan kecepatan cahaya di ruang hampa dengan kecepatan cahaya di bahan tersebut. Indeks bias relatif merupakan perbandingan indeks bias dua medium berbeda. Indeks bias relatif medium kedua terhadap medium pertama adalah perbandingan indeks bias antara medium kedua dengan indeks bias medium pertama. Pembiasan cahaya menyebabkan kedalaman semu dan pemantulan sempurna.

Persamaan indeks bias mutlak

Hukum pembiasan cahaya

9. Pembiasan Cahaya pada Lensa Cekung

Sinar-sinar istimewa pada lensa cekung adalah:

Sinar datang sejajar sumbu utama dibiaskan seolah-olah berasal dari titik fokus F₁

Sinar datang yang melalui titik pusat lensa tidak mengalami pembiasan

Sinar datang yang seolah-olah menuju titik fokus, dibiaskan sejajar dengan sumbu utama

10. Pembiasan Cahaya pada Lensa Cembung

Sinar-sinar istimewa pada lensa cembung adalah:

Sinar datang sejajar sumbu utama dibiaskan melalui titik fokus

Sinar datang yang melalui titik pusat lensa tidak mengalami pembiasan

Sinar datang melalui titik fokus akan dibiaskan sejajar sumbu utama

11. Rumus-Rumus Lensa

Rumus kuat lensa

Rumus pembentukan bayangan pada lensa

Rumus lensa gabungan

alat optik

A. LUP

Lup (kaca pembesar) dipakai untuk melihat benda-benda kecil agar tampak lebih besar dan jelas. Oleh tukang arloji, lup dipakai agar bagian jam yang diperbaikinya kelihatan lebih besar dan jelas. Oleh siswa saat praktikum biologi, lup dipakai untuk mengamati bagian hewan atau tumbuhan agar kelihatan besar dan jelas.

Sebagai alat optik, lup berupa lensa cembung tebal (berfokus pendek). Sifat bayangan yang diharapkan dari benda kecil yang dilihat dengan lup adalah tegak dan diperbesar. Orang yang melihat benda dengan menggunakan lup akan mempunyai sudut penglihatan (sudut anguler) yang lebih besar daripada orang yang melihat dengan mata biasa. Ada dua cara memakai lup, yaitu dengan mata tak berakomodasi dan mata berakomodasi. Sifat bayangan yang dihasilkan adalah maya, tegak, diperbesar.

Perbesaran dengan mata tidak berakomodasi:

M = PP/f

Perbesaran dengan mata berakomodasi maksimum:

M = PP/f + 1

keterangan:

M : perbesaran lup

PP: titik dekat mata

f: jarak titik fokus lensa

B. Mikroskop

Perbesaran yang diperoleh adalah merupakan perbesaran oleh lensa obyektif dan lensa okuler yaitu:
M = Moby x Mok
M = (Si/So) x (PP/f okuler)

Panjang Mikroskop
Panjang mikroskop adalah jarak lensa obyektif terhadap lensa okuler dirumuskan :
Untuk mata berakomodasi
d = Si (ob) + So (ok)
Keterangan :
d = panjang mikroskop
Si (ob) = jarak bayangan lensa obyektif
So (ok) = jarak benda lensa okuler

Untuk mata tidak berakomodasi
d = Si (ob) + f (ok)
Keterangan :
d = panjang mikroskop
Si (ob) = jarak bayangan lensa obyektif
f (ok) = jarak fokus lensa okuler

C. Teropong Bintang

Obyek benda yang diamati berada di tempat yang jauh tak terhingga, berkas cahaya datang berupa sinar-sinar yang sejajar. Lensa obyektif berupa lensa cembung membentuk bayangan yang bersifat nyata, diperkecil dan terbalik berada pada titik fokus.

Bayangan yang dibentuk lensa obyektif menjadi benda bagi lensa okuler yang jatuh tepat pada titik fokus lensa okuler.

Penggunaan dengan mata tidak berkomodasi

Untuk penggunaan dengan mata tidak berkomodasi, bayangan yang dihasilkan oleh lensa obyektif jatuh di titik fokus lensa okuler.

Perbesaran anguler yang diperoleh adalah :

M = f (ob) / f (ok)

Panjang teropong adalah :

M = f (ob) + f (ok)

Penggunaan dengan mata berkomodasi maksimal

Untuk penggunaan dengan mata berkomodasi maksimal bayangan yang dihasilkan oleh lensa obyektif jatuh diantara titik pusat bidang lensa dan titik fokus lensa okuler.

Perbesaran anguler dapat diturunkan sama dengan penalaran pada pengamatan tanpa berakomodasi dan didapatkan :

M = f (ob) / So (ok)

Panjang teropong adalah :

M = f (ob) + So (ok)

D. Teropong Bumi

Lensa obyektif membentuk bayangan bersifat nyata, terbalik dan diperkecil yang jatuh pada fob.
Bayangan dibentuk oleh lensa obyektif menjadi benda bagi lensa pembalik jatuh pada jarak 2f pembalik sehingga terbentuk bayangan pada jarak 2f pembalik juga yang bersifat nyata, terbalik, dan sama besar .

Dengan adanya lensa pembalik panjang teropong dirumuskan menjadi :

d = f (ob) + 4f (pembalik) + f (ok)

Lensa pembalik berfungsi untuk membalikkan arah cahaya sebelum melewati lensa okuler, lensa okuler berfungsi seperti lup membentuk bayangan bersifat maya, tegak, dan diperbesar.
Adanya lensa pembalik tidak mempengaruhi perbesaran akhir, bayangan akhir bersifat maya, tegak dan diperbesar dengan perbesaran :
M = d = f (ob) / f (ok)